(57)【要約】  本発明は、パウチコップを形成するためパウチ外装材を成形するとき、パウチ外装材と成形装置との間の表面接触を最小化することで成形品質を改善したパウチ外装材成形装置及び方法に関する。本発明によるパウチ外装材成形装置は、二次電池用パウチ外装材を成形する装置であって、プレート状のパウチ外装材が載置され、上方に向かって凸んだモールド；前記パウチ外装材及びモールドに向かって下部が開放され、前記モールドの上昇または自らの下降によって前記モールドを収容可能な内部空間が備えられ、前記パウチ外装材の周縁部位に安着して前記パウチ外装材をガイド成形し、上端に流体入力弁を備え、下端に流体出力弁を備えるチャンバ；及び前記流体入力弁に流体を供給して前記パウチ外装材を前記モールドに合わせて加圧成形するための流体供給部を含む。
2019502241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池用パウチ外装材を成形する装置であって、
プレート状のパウチ外装材が載置され、上方に向かって凸んだモールド；
前記パウチ外装材及びモールドに向かって下部が開放され、前記モールドの上昇または自らの下降によって前記モールドを収容可能な内部空間が備えられ、前記パウチ外装材の周縁部位に安着して前記パウチ外装材をガイド成形し、上端に流体入力弁を備え、下端に流体出力弁を備えるチャンバ；及び
前記流体入力弁に流体を供給して前記パウチ外装材を前記モールドに合わせて加圧成形するための流体供給部を含むことを特徴とするパウチ外装材成形装置。
【請求項２】
前記モールドが載置され、前記チャンバが前記パウチ外装材の周縁部位に安着したとき、前記チャンバの内部空間を密閉できる平板ダイをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のパウチ外装材成形装置。
【請求項３】
前記チャンバは、耐圧設計されたボックス型であることを特徴とする請求項１に記載のパウチ外装材成形装置。
【請求項４】
前記流体は、高圧ガスであることを特徴とする請求項１に記載のパウチ外装材成形装置。
【請求項５】
前記チャンバが前記パウチ外装材の周縁に安着した後、前記パウチ外装材に対して加圧状態を維持することを特徴とする請求項１に記載のパウチ外装材成形装置。
【請求項６】
前記パウチ外装材を加熱できるように、前記チャンバ、流体及びモールドのうち少なくともいずれか１つを加熱する加熱装置をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のパウチ外装材成形装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のうちいずれか１項に記載のパウチ外装材成形装置を用いて二次電池用パウチ外装材を成形する方法であって、
モールド上にプレート状のパウチ外装材を載置する段階；
モールドの上昇またはチャンバの下降によって前記パウチ外装材の周縁部位に前記チャンバを安着させ、前記パウチ外装材をガイド成形する段階；及び
前記チャンバの流体入力弁に流体を供給し流体出力弁を通じて排出させながら、前記流体を用いて前記パウチ外装材を前記モールドに合わせて加圧成形する段階を含むことを特徴とするパウチ外装材成形方法。
【請求項８】
前記ガイド成形及び／または加圧成形時に前記パウチ外装材を加熱することを特徴とする請求項７に記載のパウチ外装材成形方法。
【請求項９】
前記パウチ外装材は、絶縁層／アルミニウム薄膜／接着層からなり、前記絶縁層及び接着層の材料は高分子であり、前記パウチ外装材を構成する高分子材料のうち変形温度が最も低い材料から吸熱反応が始まる温度以下で前記パウチ外装材を加熱することを特徴とする請求項８に記載のパウチ外装材成形方法。
【請求項１０】
前記パウチ外装材は、絶縁層／アルミニウム薄膜／接着層からなり、前記絶縁層及び接着層の材料は高分子であり、前記パウチ外装材を構成する高分子材料のうち変形温度が最も低い材料から吸熱ピークが観察される温度範囲で前記パウチ外装材を加熱することを特徴とする請求項８に記載のパウチ外装材成形方法。
【請求項１１】
１００℃以下で前記パウチ外装材を加熱することを特徴とする請求項８に記載のパウチ外装材成形方法。
【請求項１２】
１４０〜１６０℃範囲で前記パウチ外装材を加熱することを特徴とする請求項８に記載のパウチ外装材成形方法。
【請求項１３】
前記チャンバの耐圧範囲までは前記流体出力弁を閉鎖して前記チャンバの内部を前記流体で満たした後、成形が完了したとき、前記流体出力弁を開放して前記流体を前記チャンバの外部に排出させることを特徴とする 請求項７に記載のパウチ外装材成形方法。
【請求項１４】
モールド上にプレート状のパウチ外装材を載置する段階；
前記パウチ外装材の周縁部位を押下して前記パウチ外装材をガイド成形する段階；及び
前記パウチ外装材に対して流体を供給して前記パウチ外装材を前記モールドに合わせて加圧成形する段階を含むことを特徴とするパウチ外装材成形方法。
【請求項１５】
前記流体は、高圧ガスであることを特徴とする請求項１４に記載のパウチ外装材成形方法。
【請求項１６】
前記ガイド成形及び／または加圧成形時に前記パウチ外装材を加熱することを特徴とする請求項１４に記載のパウチ外装材成形方法。
【請求項１７】
前記パウチ外装材は、絶縁層／アルミニウム薄膜／接着層からなり、前記絶縁層及び接着層の材料は高分子であり、前記パウチ外装材を構成する高分子材料のうち変形温度が最も低い材料から吸熱反応が始まる温度以下で前記パウチ外装材を加熱することを特徴とする請求項１６に記載のパウチ外装材成形方法。
【請求項１８】
前記パウチ外装材は、絶縁層／アルミニウム薄膜／接着層からなり、前記絶縁層及び接着層の材料は高分子であり、前記パウチ外装材を構成する高分子材料のうち変形温度が最も低い材料から吸熱ピークが観察される温度範囲で前記パウチ外装材を加熱することを特徴とする請求項１６に記載のパウチ外装材成形方法。
【請求項１９】
１００℃以下で前記パウチ外装材を加熱することを特徴とする請求項１６に記載のパウチ外装材成形方法。
【請求項２０】
１４０〜１６０℃範囲で前記パウチ外装材を加熱することを特徴とする請求項１６に記載のパウチ外装材成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を製造する技術に関し、より詳しくは、成形型（ｆｏｒｍｉｎｇ ｄｉｅ）を用いる深絞り（ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ）方式によらず、二次電池用パウチ外装材を成形する装置及び方法に関する。
【０００２】
本出願は、２０１６年４月１５日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−００４６２９９号及び２０１７年４月７日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００４５４０４号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
【０００４】
現在、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などの二次電池が商用化しているが、そのうちリチウム二次電池は、ニッケル系列の二次電池に比べて、メモリ効果がほとんど起きず、充放電自在であり、自己放電率が非常に低く、さらにエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。一般に、このような二次電池は、外装や適用形態によって缶型二次電池とパウチ型二次電池とに分けられる。そのうち、パウチ型二次電池は、その外形及び大きさに自由度を有し、使用機器の形態や目的に応じて組み立てられて用いられるという長所がある。
【０００５】
図１は従来のパウチ型二次電池の構成を示した分解斜視図であり、図２は図１のパウチ型二次電池の結合図である。図１に示されたように、パウチ型二次電池は、正極板、セパレータ及び負極板を基本構造として有し、正極板から延びた正極タブ、負極板から延びた負極タブが備えられた電極組立体２０、そして電極組立体２０を収容するパウチ外装材１０からなることが一般的である。
【０００６】
図１及び図２を参照すれば、上部パウチ１１と下部パウチ１２を含むパウチ外装材１０によって形成された空間に電極組立体２０が収容された後、上部パウチ１１と下部パウチ１２との外周部に形成されたシーリング部が相互接着される。電極組立体２０とパウチとが結合される場合、外部端子または装置との電気的連結などのため、正極タブから延びた正極リード２１と負極タブから延びた負極リード２２の一部は外部に露出した形態で結合されることが一般的である。実施形態によっては、電極リード２１、２２をパウチに付着または接着するため、接着フィルムをさらに用いることもある。
【０００７】
このようなパウチ外装材１０は、電極組立体２０、及び後続工程によって内部に注入された電解液からなる電池セルを保護する機能を果たす。また、パウチ外装材１０は、電池セルの電気化学的性質を補完し、放熱性などを向上させるため、アルミニウム薄膜が介在された形態で構成される。このとき、電池セルと外部との絶縁性を確保するため、アルミニウム薄膜の外部にはポリエチレンテレフタルレート（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）樹脂またはナイロン（ｎｙｌｏｎ）樹脂などの絶縁物質でコーティングされた絶縁層が設けられる。一方、上部パウチ１１と下部パウチ１２との界面には、相互間の接着のため、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ、Ｃａｓｔｅｄ ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ）またはポリプロピレン（ＰＰ、ＰｏｌｙＰｒｏｐｙｌｅｎｅ）による接着層が形成される。
【０００８】
このような形態で構成される二次電池用パウチ外装材１０は、図１及び図２に示されたように、上部パウチ１１及び／または下部パウチ１２に電極組立体を収納するため、凹状の内部空間を備えなければならない。そして、このようなパウチ外装材１０は、コップと類似した形態を有するということからパウチコップとも呼ばれる。
【０００９】
従来技術によれば、このようにパウチ外装材１０に凹んだ部分を形成するため、プレート状に製造されたパウチを、成形型を用いた深絞りで成形する方式を一般に用いる。すなわち、金属材質のダイとパンチを含む成形型を用いて、プレート状のパウチ外装材をダイ上に載置してパンチでプレスすることで、パウチ外装材に電極組立体を収納するための凹んだ部分を形成する。
【００１０】
しかし、このような成形方式の場合、金属材質の成形型とパウチ外装材とが直接接触することから問題が生じ得る。例えば、パウチ外装材が成形型と接触すれば、成形型の粗さ又は材料の特性によって、その接触部分に摩擦やストレスによる局所的に深刻な変形が生じ得、成形型表面の異物などによって損傷される恐れがある。パウチ外装材が損傷されてクラック（ｃｒａｃｋ）などのような欠陥が生じた場合は、ピンホール（ｐｉｎ ｈｏｌｅ）、ひいては破断に至り、このような欠陥部位から電解液が漏れるだけでなく、絶縁性が破壊されることもあり得る。したがって、パウチ外装材とそれを含む二次電池の品質及び収率を低下させるという問題がある。
【００１１】
さらに、成形型が固定された形状のダイとパンチを含むため、成形型を用いた成形の際、規格に制限が生じ、成形型自体の重さを増加させるなど成形型の利用自由度を多大に制限する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、パウチコップを形成するためにパウチ外装材を成形するとき、パウチ外装材と成形装置との表面接触を最小化することで成形品質を改善したパウチ外装材成形装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を達成するため、本発明によるパウチ外装材成形装置は、二次電池用パウチ外装材を成形する装置であって、プレート状のパウチ外装材が載置され、上方に向かって凸んだモールド（ｍｏｌｄ）；前記パウチ外装材及びモールドに向かって下部が開放され、前記モールドの上昇または自らの下降によって前記モールドを収容可能な内部空間が備えられ、前記パウチ外装材の周縁部位に安着して前記パウチ外装材をガイド成形し、上端に流体入力弁を備え、下端に流体出力弁を備えるチャンバ；及び前記流体入力弁に流体を供給して前記パウチ外装材を前記モールドに合わせて加圧成形するための流体供給部を含む。
【００１５】
望ましくは、前記パウチ外装材成形装置は、前記モールドが載置され、前記チャンバが前記パウチ外装材の周縁部位に安着したとき、前記チャンバの内部空間を密閉できる平板ダイをさらに含む。
【００１６】
前記チャンバは、耐圧設計されたボックス型であることが望ましい。
【００１７】
前記流体は、高圧ガスであることが望ましい。
【００１８】
前記チャンバは、前記パウチ外装材の周縁に安着した後、前記パウチ外装材に対して加圧状態を維持することができる。
【００１９】
前記パウチ外装材を加熱できるように、前記チャンバ、流体及びモールドのうち少なくともいずれか１つを加熱する加熱装置をさらに含むことができる。
【００２０】
また、上記の課題を達成するため、本発明によるパウチ外装材成形方法は、本発明によるパウチ外装材成形装置を用いて二次電池用パウチ外装材を成形する方法であって、モールド上にプレート状のパウチ外装材を載置する段階；モールドの上昇またはチャンバの下降によって前記パウチ外装材の周縁部位に前記チャンバを安着させ、前記パウチ外装材をガイド成形する段階；及び前記チャンバの流体入力弁に流体を供給し流体出力弁を通じて排出させながら、前記流体を用いて前記パウチ外装材を前記モールドに合わせて加圧成形する段階を含む。
【００２１】
望ましくは、前記チャンバの耐圧範囲までは前記流体出力弁を閉鎖して前記チャンバの内部を前記流体で満たした後、成形が完了したとき、前記流体出力弁を開放して前記流体を前記チャンバの外部に排出させる。
【００２２】
さらに、上記の課題を達成するため、本発明による他のパウチ外装材成形方法は、モールド上にプレート状のパウチ外装材を載置する段階；前記パウチ外装材の周縁部位を押下して前記パウチ外装材をガイド成形する段階；及び前記パウチ外装材に対して流体を供給して前記パウチ外装材を前記モールドに合わせて加圧成形する段階を含む。
【００２３】
上述した方法において、前記ガイド成形及び／または加圧成形の際、前記パウチ外装材を加熱することができる。
【００２４】
特に、前記パウチ外装材は、絶縁層／アルミニウム薄膜／接着層からなり、前記絶縁層及び接着層の材料は高分子であり、前記パウチ外装材を構成する高分子材料のうち変形温度が最も低い材料から吸熱反応が始まる温度以下で前記パウチ外装材を加熱することができる。代案的に、前記パウチ外装材を構成する高分子材料のうち変形温度が最も低い材料から吸熱ピークが観察される温度範囲で前記パウチ外装材を加熱することもできる。
【００２５】
特に、前記接着層がＰＰ材料である場合、１００℃以下で前記パウチ外装材を加熱するか、または、１４０〜１６０℃範囲で前記パウチ外装材を加熱することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、電極組立体を収納するためパウチコップ形態でパウチ外装材を成形するとき、パウチ外装材と成形装置との表面接触を最小化することができる。
【００２７】
したがって、従来パウチ外装材を成形するとき、成形型との接触によってパウチ外装材に衝撃が与えられること、又は摩擦によって表面が損傷されることを防止又は減少させることができる。
【００２８】
したがって、パウチ外装材の損傷によって電解液が漏出するか又はアルミニウム薄膜の露出によって絶縁破壊が生じることを防止でき、成形品質が改善されたパウチ外装材を得ることができる。
【００２９】
本発明によるパウチ外装材成形装置によれば、チャンバは維持して、モールドの形状のみを変えれば良いため、より複雑な形状の成形も可能である。そして、従来成形型を作動させる機器を縮小又は除去でき、成形された完製品の均一性が保障される。
【００３０】
本発明では、ガイド成形を通じて応力負担が低減された状態で一次的に形をとった後、流体圧力を通じてほぼ全方向でパウチ外装材を押下するため、一部分に応力が集中せず、クラック発生率を著しく減少させることができる。
【００３１】
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来のパウチ型二次電池の構成を示した分解斜視図である。
【図２】図１のパウチ型二次電池の結合図である。
【図３】本発明の望ましい一実施例によるパウチ外装材成形装置及びそれを用いたパウチ外装材成形方法を説明するための図である。
【図４】本発明の望ましい一実施例によるパウチ外装材成形装置及びそれを用いたパウチ外装材成形方法を説明するための図である。
【図５】本発明の望ましい一実施例によるパウチ外装材成形装置及びそれを用いたパウチ外装材成形方法を説明するための図である。
【図６】本発明によるパウチ外装材成形装置またはパウチ外装材成形方法を用いて二次電池用パウチ外装材を成形する方法の一実施例を示したフロー図である。
【図７】本発明の望ましい他の実施例によるパウチ外装材成形方法のうちパウチ外装材を構成するＰＰ材料のＤＳＣグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。ただし、本発明による実施例は多くの他の形態に変形でき、本発明の範囲が後述する実施例によって限定されると解釈されてはならない。本発明の実施例は当業界で平均的な知識を持つ者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００３４】
本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
【００３５】
したがって、本明細書に記載された実施例と図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【００３６】
図３〜図５は、本発明の望ましい一実施例によるパウチ外装材成形装置及びそれを用いたパウチ外装材成形方法を説明するための図である。
【００３７】
まず、図３を参照すれば、本発明によるパウチ外装材成形装置は、モールド１００、チャンバ２００及び流体供給部３００を含む。
【００３８】
モールド１００は、形成しようとするパウチコップに対応する形態と大きさを有するものであって、実際の成形完了品の規格に合わせたものである。モールド１００は、プレート状のパウチ外装材１１０が載置され、上方に向かって凸んで底、望ましくは平板ダイ１２０上に載置されるものである。
【００３９】
平板ダイ１２０は、モールド１００が載置され、チャンバ２００がパウチ外装材１１０の周縁部位に安着したとき、チャンバ２００の内部空間を密閉できるものであって、作業台が設けられる場合は省略しても良い部材である。
【００４０】
一方、モールド１００に載置されるパウチ外装材１１０がプレート状であるということは、パウチ外装材１１０が広い板状になっていることを意味し、必ずしも完全に扁平なものを意味するわけではなく、パウチ外装材１１０に凹んだ部分、すなわちコップ部分が形成される以前の形態を意味する。パウチ外装材１１０は、ＰＥＴ樹脂またはナイロン樹脂などの絶縁物質でコーティングされた絶縁層／アルミニウム薄膜／ＣＰＰまたはＰＰによる接着層を含む構造であり得る。
【００４１】
チャンバ２００は、図３に示されたように、内部に空いている空間を設けてモールド１００を収容できる程度であって、パウチ外装材１１０及びモールド１００に向かって下部が開放された形態を有し、パウチ外装材成形装置の上部に備えられ得る。ただし、ここでの「上部」とは、観測者が見る位置やパウチ外装材成形装置が置かれている位置などによって下部または側面などとして表される場合もあり、以下同様である。
【００４２】
チャンバ２００は、耐圧設計されたボックス型であることが望ましく、上端に流体入力弁２１０を備え、下端に流体出力弁２２０を備える。
【００４３】
流体供給部３００は、流体貯蔵手段（例えば、ガスボンベ）、流体流量調節機（ＭＦＣなど）、流体の供給をオン／オフ（ｏｎ／ｏｆｆ）できる制御部、流体ポンプなどを含むことができる。そして、流体入力弁２１０と流体出力弁２２０の開閉を制御する制御部も含むことができる。
【００４４】
一方、パウチ外装材１１０を加熱できるように、チャンバ２００、流体及びモールド１００のうち少なくともいずれか１つを加熱する加熱装置をさらに含むことができる。平板ダイ１２０を含む場合、加熱装置は平板ダイ１２０を加熱するものであっても良い。
【００４５】
図４は、モールド１００の上昇（平板ダイ１２０を備える場合は、平板ダイ１２０の上昇によってモールド１００が上昇する）またはチャンバ２００自らの下降によってパウチ外装材１１０の周縁部位にチャンバ２００が安着した状態を示している。このようにチャンバ２００はパウチ外装材１１０の周縁部位を押下してパウチ外装材１１０をガイド成形する。ガイド成形とは大略の形をとる成形のことを言う。
【００４６】
図４に示されたように、パウチ外装材１１０の周縁部位にチャンバ２００が安着したときは、パウチ外装材１１０の周縁部分の全体が平板ダイ１２０に密着される。それとともに、チャンバ２００の開放された部分がパウチ外装材１１０によって塞がれ、チャンバ２００の内部空間はある程度密閉状態になる。チャンバ２００自体をパウチ外装材１１０の周縁に対して加圧すれば、その密閉程度が一層増し得る。このようにチャンバ２００は、ガイド成形をすると同時に、以後の工程中にパウチ外装材１１０の周縁部分を固定する手段としても機能する。
【００４７】
ガイド成形の後、流体供給部３００は、図５のように、流体入力弁２１０に流体を供給して、パウチ外装材１１０をモールド１００に合わせて加圧成形する。流体入力弁２１０の開放によってチャンバ２００の内部に供給された流体は、流体出力弁２２０の開放によってチャンバ２００の外部に排出される。流体入力弁２１０を常に開放状態にしておき、流体の供給をオン／オフすることもでき、流体の供給を常にオンにしておき、流体入力弁２１０を開閉しながらチャンバ２００内部への流入を調節することもできる。流体出力弁２２０は、チャンバ２００内への流体供給とほぼ同時に迅速に拡散してパウチ外装材１１０を押下した後排出される流体の圧力によって自動的に開放されても良く、制御部を通じてチャンバ２００の耐圧範囲までは流体出力弁２２０を閉鎖してチャンバ２００内部を流体で満たした後、成形が完了すれば流体出力弁２２０を開放して、流体を外部に排出させても良い。
【００４８】
流体入力弁２１０及び流体出力弁２２０の位置は、供給される流体によってパウチ外装材１１０の加圧成形が円滑に行われるように、流体の供給から排出までの分配がチャンバ２００内で均一に行われるように考慮して決定する。また、流体の均一な供給と排出のため、流体入力弁２１０と流体出力弁２２０は複数備えられ得、この場合、複数の流体入力弁２１０は相互対称した位置に、複数の流体出力弁２２０も相互対称した位置に備えられ得る。流体の排出を補助するため、平板ダイ１２０側に流体吸入手段をさらに備えても良い。
【００４９】
前記流体は、高圧空気、または、窒素やアルゴンのような非反応性の高圧ガスであることが望ましいが、ガスの種類に特に制限はない。ここで、高圧とは、上述した成形作業が行われている雰囲気、一般には大気圧より高いことを言い、パウチ外装材１１０の材質、チャンバ２００の耐圧設計などを考慮した範囲の圧力を有し得る。
【００５０】
このように本発明によるパウチ外装材成形装置は、従来成形などに用いられる成形型のように、パウチ外装材に直接接触するダイとパンチを有しない。従来の成形型の場合、強度及び硬度の確保などのため、金属材質からなることが一般的であったが、本発明によるパウチ外装材成形装置のモールド１００やチャンバ２００は必ずしも金属材質からなる必要がなく、多様な材質からなり得る。例えば、モールド１００やチャンバ２００はポリマー材質からなり得る。本発明によるパウチ外装材成形装置は、成形型などのようにパンチのプレス圧力でダイの形状に沿ったパウチ外装材を成形するのではなく、チャンバによるガイド成形の後、流体の圧力による加圧成形でパウチ外装材を成形するためである。
【００５１】
図６は、本発明によるパウチ外装材成形装置またはパウチ外装材成形方法を用いて二次電池用パウチ外装材を成形する方法の一実施例を示したフロー図である。
【００５２】
本発明によるパウチ外装材成形方法は、ガイド成形の後、流体の圧力による加圧成形でパウチ外装材を成形するものであり、図３〜図５を参照して上述した本発明によるパウチ外装材成形装置を用いて行うことが最も効率的であるが、前記成形装置ではなく、他の変形構成の装置によって行っても良い。
【００５３】
図６を参照すれば、本発明によるパウチ外装材を成形するため、まず、プレート状のパウチ外装材を用意する（Ｓ１１０）。次に、このようなプレート状のパウチ外装材をモールド上に載置する（Ｓ１２０）。
【００５４】
パウチ外装材の周縁部位を押下して一次的に大略の形をとるガイド成形を行う（Ｓ１３０）。本発明によるパウチ外装材成形装置を用いる場合は、モールド１００を上昇させるか又はチャンバ２００を下降させてチャンバ２００をパウチ外装材の周縁に安着させることで、このような段階を行うことができる。チャンバ２００がパウチ外装材の周縁に接するように徐々にモールド１００を上昇させるか又はチャンバ２００を下降させ、その後チャンバ２００とパウチ外装材が作業台または平板ダイ１２０に当接するまでモールド１００の上昇又はチャンバ２００の下降状態を維持する。チャンバ２００とパウチ外装材が作業台または平板ダイ１２０に完全に当接した後、所定時間をかけてパウチ外装材のガイド成形を十分行った後、次の段階に移行することができる。
【００５５】
その後、パウチ外装材をモールドの形状に合わせて加圧成形する（Ｓ１４０）。加圧成形は高圧ガスのような流体の供給を通じて行う。特に、本発明によるパウチ外装材成形装置を用いる場合は、チャンバ２００に流体を供給して行うことができる。この場合、流体はチャンバ２００に設けられた流体入力弁２１０からチャンバ２００内に供給され、パウチ外装材１１０をモールド１００に対して押下することで成形し、チャンバ２００の下端に設けられた流体出力弁２２０を通って排出される。流体は、チャンバ２００の内部に注入された後、素早く拡散し、パウチ外装材をモールド１００に対して上方からほぼ全方向で均一に押下することができる。したがって、パウチ外装材素材の延伸を均一にすることができる。パウチ外装材がモールド１００の形状に合わせて完全に成形されるまで、流体の供給と排出を維持することができる。
【００５６】
成形が完了すれば、チャンバ２００を上昇させるか又はモールド１００を下降させてパウチ外装材を分離した後、トリミングなどを行って完成する。
【００５７】
上記のようなパウチ外装材成形装置及び方法によって製造されたパウチ外装材は、パウチコップ形態に成形するとき、パウチ外装材と成形装置と間の表面接触が最小化する（パウチコップ部分がモールドのみに接触する）ことで、パウチ外装材の損傷を防止することができる。したがって、本発明によるパウチ外装材成形装置及び方法によって製造したパウチ外装材は高い品質を有し得る。
【００５８】
また、多様なデザインの製品を製造するとき、チャンバはそのままにして、モールドの形状のみを変えれば良いため、より複雑な形状の成形も可能であり、従来成形型を作動させる機器を縮小または除去でき、成形された完製品の均一性が保障される。
【００５９】
一方、本発明によるパウチ外装材成形方法によってパウチ外装材を成形する間にパウチ外装材を加熱して、より柔軟な変形を可能にすることもできる。
【００６０】
上述したように、パウチ外装材はＰＥＴ樹脂またはナイロン樹脂などの絶縁物質でコーティングされた絶縁層／アルミニウム薄膜／ＣＰＰまたはＰＰによる接着層を含む構造であり得る。このようなパウチ外装材を構成する材料のうち、アルミニウム薄膜を除いた絶縁層及び／または接着層の変形を最小化する範囲で加熱して、より柔軟な変形を可能にすることもできる。
【００６１】
そのためには、図３〜図５を参照して説明したようなパウチ外装材成形装置でチャンバ２００内部の全体温度を上昇させるか、又は、加圧成形のために供給する流体の温度を高くする方法を使用できる。チャンバ２００内部の全体温度を上昇させるか又は流体の温度を高くするためには、チャンバ２００自体を加熱して、チャンバ２００がパウチ外装材に安着したとき、熱伝達を通じてパウチ外装材を加熱する方法、チャンバ２００内の流体を加熱できるようにチャンバ２００の内部に適切な加熱装置を設ける方法、チャンバ２００の外側から予め加熱された流体を供給できるように、流体供給部３００に適切な加熱装置をさらに設ける方法、モールド１００及び／または平板ダイ１２０を加熱する方法などを使用でき、これら方法の具現に必要な加熱装置の種類及び構造は詳しく説明しなくても分かるであろう。
【００６２】
このとき、加熱温度が重要である。パウチ外装材を構成する材料のうちアルミニウム薄膜を除いた絶縁層及び／または接着層の材料は高分子である。そのうち最も多くの部分を占めるＰＰ材料の変形可否が重要であり、実際ＰＰ材料は上述した他の材料に比べて変形温度が最も低い。
【００６３】
図７は、本発明の望ましい他の実施例によるパウチ外装材成形方法のうち、パウチ外装材を構成するＰＰ材料のＤＳＣグラフである。
【００６４】
図７を参照すれば、ＰＰ材料の場合、１００℃付近で吸熱反応が始まり、１４０〜１６０℃で吸熱ピークが観察される。
【００６５】
したがって、パウチ外装材を加熱する温度範囲のうち一番目で可能な加熱温度範囲は、パウチ外装材を構成する高分子材料のうち変形温度が最も低い材料から吸熱反応が始まる温度、ＰＰ材料の場合、１００℃以下である。このような温度範囲では、パウチ外装材を構成する全ての材料の物性変化がなく、単に比較的に高い温度で柔軟に変形可能にする効果がある。すなわち、材料の物性変化なく、できる限り安全に、パウチ外装材の柔軟な変形を可能にする温度である。
【００６６】
次に、パウチ外装材を加熱する温度範囲のうち二番目で可能な加熱温度範囲は、パウチ外装材を構成する高分子材料のうち変形温度が最も低い材料から吸熱ピークが観察される温度範囲、ＰＰ材料の場合、１４０〜１６０℃である。このような温度範囲では、ＰＰ材料の融点より低いため材料の相は維持しながら、ＰＰ材料を最大限に柔軟な状態にして、より自然に変形可能にする効果がある。
【００６７】
このように、パウチ外装材を構成する高分子材料のうち変形温度が最も低い材料の吸熱反応を考慮して、加熱温度を吸熱反応が始まる温度以下にするか又は吸熱ピークが観察される温度範囲にすれば、パウチ外装材の材料の変形なく、ガイド成形及び／または加圧成形をより柔軟に行うことができ、皺や揉み、折り、破断などの不良なくパウチ外装材を成形することが可能になる。
【００６８】
以下、ガイド成形する段階とモールドに合わせて加圧成形する段階との２段階成形による本発明の効果を間接的に立証できる実験結果について説明する。
【００６９】
比較例１は、成形型とパンチを用いて目標成形深さまで一度に深絞りでパウチ外装材を成形した場合である。比較例２は、比較例１と同じ成形型とパンチを用いるが、予備成形と本成形との２段階深絞りでパウチ外装材を成形した場合である。
【００７０】
予備成形は目標成形深さより浅く一次成形することであり、本成形は予備成形に連続して比較例１と同様の条件で目標成形深さまで二次成形することである。
【００７１】
両方ともに、パウチコップを形成するための金型において、エッジ部分の曲律半径は２．０ｍｍ（パウチコップの底側）／２．５ｍｍ（パウチコップの入口側）であり、角部分の曲律半径は３ｍｍ（パウチコップの底側）／４ｍｍ（パウチコップの入口側）である。パンチを下降させてから上昇させるとき、パンチがパウチコップから離型し易いように、クリアランスは１．０ｍｍにした。成形型上でパウチ外装材を固定する部材であるストリッパの圧力は０．５ＭＰａであった。比較例１では４０ｍｍ／ｓｅｃでパンチを下降させ、比較例２の予備成形では６６ｍｍ／ｓｅｃ、本成形では４０ｍｍ／ｓｅｃでパンチを下降させた。
【００７２】
両方ともに、異なる２種類のパウチ外装材（パウチ１、パウチ２）に対して成形深さ毎のクラック発生可否を観察して最大変形深さを調査した。
【００７３】
下記表１及び表２は、それぞれ比較例１及び比較例２から得られた最大変形深さのバックデータであって、異なる２種類のパウチ外装材に対して成形深さ毎のクラック発生可否を観察した結果である。
【００７４】
【表１】
2019502241.tif 000003
【００７５】
【表２】
2019502241.tif 000004
【００７６】
表１に示されたように、比較例１のように一度に深絞りで成形する場合、パウチ１は成形深さ９．５ｍｍからクラックが生じ始めたため、最大変形深さが９ｍｍであり、パウチ２は成形深さ１２ｍｍからクラックが生じ始めたため、最大変形深さが１１．５ｍｍであるとの結果が得られた。
【００７７】
表２に示されたように、比較例２のように二度に分けて深絞りで成形する場合、パウチ１は成形深さ１３ｍｍからクラックが生じ始めたため、最大変形深さが１２．５ｍｍであり、パウチ２は成形深さ１５ｍｍからクラックが生じ始めたため、最大変形深さが１４．５ｍｍであるとの結果が得られた。
【００７８】
比較例１と比較例２とを比べて見れば、同じ種類のパウチ外装材であっても、クラックの発生なく成形可能な深さが比較例２で増加する。すなわち、同じく従来の深絞り方法によるものの、一度に成形する比較例１の実験結果に比べて、予備成形を行ってから本成形を行う比較例２で最大成形深さが著しく増加するという結果を確認できる。
【００７９】
最大変形深さは成形性を示す尺度になる。最大変形深さが大きいということはその分パウチ外装材を所望の形態に成形可能であるということである。ここでは予備成形が常温で行われたため、本発明のようにパウチ外装材を加熱すれば、その効果は比較例２よりも一層高まるはずである。
【００８０】
本発明では、大略の形をとるガイド成形をした後、モールドに合わせて加圧成形を行う。上述した比較例から分かるように、２つの段階に分けて行うため、一段階の場合より成形性が良い。そして、成形型とパンチを使用しないため、これらを使用するときに生じる問題を解決することができる。ガイド成形の後、流体圧力を用いてモールドに合わせて成形するため、パウチ外装材の多くの部分を均一に延ばしてパウチコップを形成でき、比較例２よりも成形性が良い。比較例１及び比較例２では、従来の一軸方向の深絞り方式を用いることで、パウチコップの底に該当する面が一方的に押され、応力集中によるクラックが発生し易いが、本発明ではガイド成形を通じて応力負担が一層低減された状態で一次的に形をとった後、流体圧力によってほぼ全方向でパウチ外装材を押下するため、一部分に応力が集中することなくクラック発生率を著しく減少させることができる。
【００８１】
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８２】
１０  パウチ外装材
１１  上部パウチ
１２  下部パウチ
２０  電極組立体
２１  電極リード
２２  電極リード
１００  モールド
１１０  パウチ外装材
１２０  平板ダイ
２００  チャンバ
２１０  流体入力弁
２２０  流体出力弁
３００  流体供給部    
【図１】
2019502241.tif 000005
【図２】
2019502241.tif 000006
【図３】
2019502241.tif 000007
【図４】
2019502241.tif 000008
【図５】
2019502241.tif 000009
【図６】
2019502241.tif 000010
【図７】
2019502241.tif 000011
【国際調査報告】
2019502241.tif 000012
2019502241.tif 000013
2019502241.tif 000014
2019502241.tif 000015